Institut für Fertigungstechnik
und Hochleistungslasertechnik

TU Wien

Werkzeugmaschinen und Produktionssysteme

Die Aktivitäten im Arbeitsbereich Werkzeugmaschinen umfassen primär die Konstruktion, Berechnung, messtechnischer Analyse und Optimierung von Werkzeugmaschinen sowie deren Komponenten und Baugruppen. Innovative Ansätze werden auch in der Entwicklung von flexiblen, rekonfigurierbaren Fertigungssystemen verfolgt.

Entwicklung und Optimierung von Werkzeugmaschinen

Die Entwicklung moderner Werkzeugmaschinen setzt sich zum Ziel, Maschinenstrukturen und Komponenten mit gesteigerten Eigenschaften hinsichtlich der Produktivität, der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit hervorzubringen. Dabei wird vorzugsweise bereits bei der Gestaltung des Maschinenkonzepts angesetzt. Letztlich werden Lösungskonzepte zu Maschinenstrukturen oder Komponenten entsprechend der Anforderungen der Projektpartner entwickelt oder optimiert. Anschließend werden diese vom Entwurf mittels Berechnung, Simulation und Optimierung in eine fertige Konstruktion übergeführt. Am Institut wurden in der Vergangenheit auch Prototypmaschinen aufgebaut, d.h. die Projektpartner werden von der Ausarbeitung des Konzepts bis hin zur Umsetzung prototypischer Lösungen begleitet. Die Forschungsarbeiten wenden sich dabei auch der Entwicklung von neuen Kinematiken zu, wie beispielsweise parallelkinematische Maschinenstrukturen. Einige Beispiele dazu sind:

  • X-Cut
  • Quickstep
  • Robmill

Als Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeit ist hier auch die Konzeption und Optimierung von Komponenten undBaugruppen klassischer Werkzeugmaschinen hervorzuheben. Es werden beispielsweise Vorschubantriebslösungen, Vorrichtungen mit mechatronischen Funktionen, mechatronische Werkzeugsysteme oder Sonderlösungen zu Hauptspindelsystemen entwickelt.

Messtechnische Analyse und Bewertung von Fertigungsanlagen

Die messtechnische Analyse und Bewertungvon Fertigungsanlagen befasst sich grundsätzlich mit der Qualifizierung von Werkzeugmaschinensystemen hinsichtlich der geforderten Eigenschaften. Dazu zählen auch Maschinen- und Prozessfähigkeits-untersuchungen, wobei Letztere in enger Kooperation mit Projektpartnern umgesetzt werden. Als Messgrößen werden dabei unterschiedliche Einflussfaktoren mit Auswirkung auf die Genauigkeit und Prozesssicherheit von Fertigungssystemen erfasst. Diese Faktoren werden in folgende Bereiche gegliedert:

  • geometrische Abweichungen (z.B. Laservermessung, Double-Ball-Bar,)
  • statisches Nachgiebigkeit (Steifigkeitsmessung)
  • dynamisches Verhalten (z.B. Schwingungsmessung, Modalanalyse)
  • thermische Einflüsse (Temperaturgang, thermisches Verlagerungen)
  • energetische Untersuchung (Ermittlung und Quantifizierung der Energieverbräuche in der Gesamtmaschine und in einzelnen Komponenten)

Die genannten Untersuchungen werden oftmals in Zusammenhang mit Auslegungs- und Optimierungsaufgaben durchgeführt. Beispielsweise erfolgen die messtechnischen Analysen in Zusammenhang mit der Optimierung der NC-Steuerungsparametrierung oder im Rahmen der Inbetriebnahme (Erreichen der Maschinenfähigkeit, Kompensation).

Virtuelle Werkzeugmaschine

Im Bereich der Entwicklung von Werkzeugmaschinenkonzepten und der kinematischen Auslegung, der simulationsbasierten Überprüfung und Optimierung von mechanischen Eigenschaften der Maschinenstrukturen auch im Zusammenwirken mit der NC-Steuerung/Antrieben (gekoppelte Simulation) bis hin zur virtuellen Inbetriebnahme und dem virtuellen Betrieb auch von komplexen Maschinenlösungen (überbestimmte, parallelkinematische Strukturen, mehrachsige Anlagen) wird auf ausgewählte Simulationswerkzeuge zurückgegriffen. Durch die modellhafte Darstellung in unterschiedlichen Detaillierungsniveaus werden Entwicklungsprozesse abgekürzt und das Erreichen von technologischen Eigenschaften abgesichert.

Mechatronische Komponenten für fertigungstechnische Anwendungen

Der Einsatz von mechatronischen Komponenten in fertigungstechnischen Anwendungen eröffnet neue Möglichkeiten zu innovativen Technologieanwendungen.Die Forschungs­arbeiten am IFT umfassen die Entwicklung, Umsetzung und Erprobung von elektro-mechanischen Komponenten. Die Kompetenzen umfassen dabei auch die Entwicklung von optimierten Fertigungstechnologien auf Basis des Einsatzes von elektronischen Systemen. Am IFT werden dazu eigene Mikroprozessor basierte Lösungen entwickelt und insbesondere der Einsatz von Piezostellsystemen verfolgt. Im Fokus der Forschungsschwerpunkte stehen primär Vorrichtungen und Werkzeugsysteme, wie beispielsweise

  • Systeme zur schwingungsunterstützten Bearbeitung (z.B. die Ultraschallbearbeitung, die schwingungsunterstützte Zerspanung)
  • elektro-mechanische Bearbeitungseinheit zur Optimierung von Oberflächeneigen­schaften bzw. zur Werkstoffmodifikation
  • Lösungen für hybriden Technologien (z.B. ultraschallunterstützte Zerspanung)
  • aktive Stell- und Kompensationssysteme (z.B. aktive Abweichungskorrektur durch aktive Werkzeug- oder Vorrichtungssysteme)

Prototypische Realisierung von automatisierten Sonderlösungen in der Produktion

Der Praxisbezug und die enge Kooperation zwischen Forschung und Industrie ist ein wichtiges Anliegen des IFT. In unseren Forschungsarbeiten unterstützen wir unsere Projektpartner bei der Lösung von Fragestellungen zu automatisierten Anlagen mit Fokussierung auf die fertigungsnahe Anwendung und begleiten bis hin zur Realisierung von Prototypen. Die Schwerpunkte liegen dabei im Bereich der automatisierten Handhabungstechnik sowie in der Entwicklung von messtechnischen Sonderlösungen, wie beispielsweise:

  • Hochpräzisionsmesstechnik im Bereich von Eich- und Prüfeinrichtungen
  • mehrachsige Systeme der Handhabungstechnik mit mechatronischen Subsystemen und mit spezifischer Messsensorik ausgestattet
  • In-Prozess-Messtechnik und prozessnahe, aktive Stellsysteme vorzugsweise auf Basis von Piezo-mechanischen Komponenten

Mit der Forschungstransfereinrichtung researchTUb werden dabei auch anwendungshahe Fragestellungen aufgegriffen.

Energie- und ressourceneffiziente Werkzeugmaschine

Der effiziente Umgang mit Ressourcen gewinnt in der Fertigungstechnik zusehends an Stellenwert. Gerade von modernen Werkzeugmaschinen wird ein effizienter Einsatz von Primärenergien gefordert, zumal der Gesamtwirkungsgrad resultierend aus der für den Bearbeitungsprozess direkt erforderlichen Energie und dem dafür erforderlichen Gesamtenergieeinsatz an einer Maschine oftmals sehr ungünstige Größenordnungen annimmt. Die messtechnische Erfassung von Energieströmen in Werkzeugmaschinen für unterschiedliche Betriebszustände gilt als Voraussetzung für eine weiterführende Optimierung. Am IFT werden einerseits detaillierte Energiemessungen durchgeführt und anderseits auch Werkzeugmaschinen und deren Komponenten hinsichtlich der Energieaufnahme optimiert. Dies betrifft sowohl die mechanischen und die steuerungs-/antriebstechnischen Komponenten wie auch die peripheren Systeme (Kühlschmierstoffversorgungund –aufbereitung, Spänetransport, etc.). Das IFT ist im Bereich der Entwicklung von Normen und Regulativen aktiv (z.B. ISO 14955).

Ansprechpartner:
Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Friedrich Bleicher
Institut für Fertigungstechnik
Labor für Produktionstechnik
Landstraßer Hauptstraße 152
1030 Wien
Tel.: +43 1 58801 31150

Fax.: +43 1 58801 31195